2022-04-01 12:49

石墨烯通过闪烁得到增强

Graphene gets enhanced by flashing | Rice News | News and Media Relations

从废弃物中闪入石墨烯仅仅是一个好的开始。现在,莱斯大学的研究人员正在定制它。

莱斯实验室的化学家詹姆斯·图尔(James Tour)已经修改了其闪光焦耳加热过程,以生产掺杂石墨烯,这种材料可以调整原子厚度材料的结构和电子状态,使其更适合用于光学和电子纳米器件。掺杂过程将其他元素添加到石墨烯的2D碳矩阵中。

该过程发表在美国化学学会的《ACS Nano》杂志上,展示了如何将石墨烯与单一元素或成对或三种元素掺杂在一起。该工艺演示了单元素硼、氮、氧、磷和硫,二元元素硼和氮的组合,以及三元元素硼、氮和硫的组合。

这个过程耗时约一秒,不含催化剂和溶剂,完全依赖于将掺杂元素与炭黑结合的粉末“闪烁”。

石墨烯的掺杂可以通过化学气相沉积或合成有机过程等自下而上的方法实现,但这些方法通常会产生微量的产物或在石墨烯中产生缺陷。Rice法是一种很有前途的方法,可以快速生产大量“杂原子掺杂”石墨烯,而且不需要溶剂、催化剂或水。

Graphene gets enhanced by flashing莱斯大学的化学家们发明了一种无催化剂和无溶剂的焦耳闪光加热工艺,用于制造大量掺杂石墨烯,具有定制的光学和电子性能 nic nanodevices。资料来源:参观实验室/莱斯大学

“这为闪光石墨烯打开了一个新的可能性领域,”Tour说。“一旦我们学会了制造原始产品,我们就知道,直接合成掺杂涡轮石墨烯的能力将带来更多有用产品的选择。这些添加到石墨烯基体上的新原子将使复合材料变得更强,因为新原子将更好地与基体材料(如混凝土、沥青或塑料)结合。添加的原子也会改变电子特性,使它们更适合于特定的电子和光学器件。”

当二维蜂窝状晶格堆积不对齐时,石墨烯是涡轮结构的。图尔说,这使得在溶液中分散纳米级薄片变得更容易,从而生产出更容易与其他材料结合的可溶石墨烯。

伦敦买房 Graphene gets enhanced by flashing闪光石墨烯与硼氮共掺杂的透射电子显微镜图像。资料来源:陈伟银//莱斯大学

该实验室在两种情况下测试了各种掺杂石墨烯:电化学氧还原反应(ORR),这是燃料电池等催化设备的关键,以及作为锂金属电池电极的一部分,这代表了下一代高能量密度可充电电池。

硫掺杂石墨烯的ORR性能最好,而氮掺杂石墨烯能够降低金属锂电沉积过程中的成核过电位。该实验室报告称,这将有助于下一代可充电金属电池更均匀的沉积和提高稳定性。